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據(jù)最新一期《自然》雜志報(bào)道，澳大利亞初創(chuàng)公司SQC研究團(tuán)隊(duì)基于硅材料和磷原子構(gòu)建了一種新型量子處理器，在實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了11個(gè)量子比特的聯(lián)通，并保持了較高的運(yùn)行保真度。這是目前規(guī)模最大的同類(lèi)硅基原子量子處理器之一，被認(rèn)為是量子計(jì)算領(lǐng)域的重要進(jìn)展。

為推動(dòng)量子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)真正規(guī)?；?，如何在增加量子比特?cái)?shù)量的同時(shí)保持系統(tǒng)穩(wěn)定性，一直是量子計(jì)算研究中的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。以往研究表明，量子比特規(guī)模一旦擴(kuò)大，其相互連接和操作的可靠性往往會(huì)下降。

在這項(xiàng)研究中，團(tuán)隊(duì)在同位素純化的硅-28中精確放置磷原子，將其排列成兩個(gè)多核自旋寄存器。其中一個(gè)寄存器包含4個(gè)磷原子，另一個(gè)包含5個(gè)，每個(gè)寄存器內(nèi)部共享一個(gè)電子自旋。兩個(gè)寄存器之間通過(guò)電子交換相互作用連接，從而實(shí)現(xiàn)跨寄存器的非局域連接，總計(jì)形成11個(gè)相互關(guān)聯(lián)的量子比特。

團(tuán)隊(duì)將這一設(shè)計(jì)稱(chēng)為“14|15平臺(tái)”，名稱(chēng)源于硅和磷在元素周期表中的原子序數(shù)。研究團(tuán)隊(duì)表示，通過(guò)精細(xì)調(diào)控多組微波頻率，對(duì)電子自旋和原子核自旋進(jìn)行操控，可以在不同共振條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)各量子比特的獨(dú)立控制。

研究結(jié)果顯示，在量子比特?cái)?shù)量增加的情況下，該硅基原子處理器的物理層性能指標(biāo)保持穩(wěn)定。其中，雙量子比特門(mén)操作的保真度最高達(dá)到99.9%。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)表明，在該11量子比特系統(tǒng)中，各核自旋對(duì)均成功實(shí)現(xiàn)量子糾纏。在同一寄存器內(nèi)，貝爾態(tài)糾纏保真度介于91.4%—99.5%；在跨寄存器情況下，糾纏保真度為87.0%—97.0%。研究人員還發(fā)現(xiàn)，糾纏態(tài)最多可在8個(gè)核自旋之間保持。

該研究實(shí)現(xiàn)了亞納米級(jí)精度制造量子比特及其控制元件，且僅使用磷和硅兩種原子。這表明利用原子級(jí)精度工程化的硅器件，有望構(gòu)建可靠、模塊化且可擴(kuò)展的量子計(jì)算系統(tǒng)，為未來(lái)量子計(jì)算技術(shù)的發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)。